JPH11183113A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構造によりアナログ信号を出力する磁
気式の角度検出装置を提供する。 【解決手段】 角度検出装置は、高透磁率材料からな
り、複数の軸が中心部１ｅから同一平面上に放射状に延
設されてなる磁路形成部１と、この磁路形成部１の各軸
に取り付けられたコイルとを有する磁界検出手段と、磁
界検出手段の各軸と等間隔になるよう近接配置され、磁
界検出手段の各軸の位置する平面に対して平行かつ一方
向の磁界を発生する磁界発生手段とを備え、磁界検出手
段と磁界発生手段とが磁路形成部１の中心部を回転中心
として相対回転するように支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、産業機
器、一般ＯＡ機器等で好適に用いられる角度検出装置に
関し、詳しくは、シャフト等の回転時における絶対角度
を検出するためのアナログ信号を出力する角度検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工作機械、産業機器、一般Ｏ
Ａ機器等においてシャフト等の回転部の回転角度を検出
するために、種々の角度検出装置が使用されている。こ
のうち、回転部の回転角度の変化に伴い信号を出力する
センサであって、いわゆる絶対角度検出を行う角度検出
装置としては、ディジタル信号を出力するアブソリュー
トロータリーエンコーダや、アナログ信号を出力する精
密回転ポテンショメータ、シンクロ、レゾルバ等が挙げ
られる。

【０００３】ここで、アブソリュートロータリーエンコ
ーダは、回転軸側に組み合わせ符号化された複雑な模様
のスリットを有する円盤状の回転スリットが、固定子
（ステーター）側に固定スリットがそれぞれ取り付けら
れ、固定スリットを介して射出される発光素子からの射
出光を回転スリットで透過・遮光することにより、複数
の受光素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる光学式の構造のも
のが広く知られている。

【０００４】また、ディジタル信号を出力するアブソリ
ュートロータリーエンコーダには、インクリメンタルエ
ンコーダを電池等のバックアップ電源で常時通電し、カ
ウント値を絶対値で保持するものや、２つの異なる波長
のインクリメンタルスケールの信号からその位相差をも
とに、設定された区間の絶対値を求めるもの（特公昭５
０−２３６１８号、「測尺装置」）が知られている。

【０００５】さらには、このアブソリュートロータリー
エンコーダには、絶対値情報を直接スケールに記録し、
その情報を読み出すものとしては、バイナリ・グレイ等
の２進コードをパターンとしてスケールに記録してお
き、そのパターンを検出することにより上記２進コード
を読み出す光学式または磁気式のものや、Ｍ系列コード
等の循環コードをパターンとしてスケールに記録してお
き、そのパターンを検出することにより上記循環コード
を読み出し、位置の絶対値情報に変換する磁気式のもの
（特開昭５７−１７５２１１号、「回転体の角度検出装
置」）などが知られている。

【０００６】一方、精密回転ポテンショメータは、機械
的変位を直接または間接的に駆動軸に伝え、駆動軸の回
転動作により、その変位量に相応した電気的変位量を分
圧方式で検出する装置のうち、特に高分解能、高精度の
性能を有するもの、と定義される。この精密回転ポテン
ショメータの動作原理は、駆動軸に取り付けられた摺動
子が抵抗素子上を摺動し、その機械的角度に相応した抵
抗素子上の電圧が摺動子機構から出力される、というも
のである。

【０００７】シンクロは、外観的にも構造的にも３相巻
線型同期発電機と類似しており、櫛歯状のコアと３相の
巻線部と摺動接点部の３点を構成要素とする。また、レ
ゾルバは、シンクロに類似した構造であり、上記巻線部
が３相ではなく直交（２相）巻線となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アナログ信
号を出力する上記精密回転ポテンショメータ、シンク
ロ、レゾルバ等の角度検出装置は、従来より以下のよう
な問題点を有していた。例えば、精密回転ポテンショメ
ータは、上述のように摺動子が抵抗素子上を接触して動
く構造となっているため、両者の摩耗が必ず発生し、素
子や性能の劣化、基本的な商品寿命等の存在が避けられ
ないという問題点があった。また、シンクロやレゾルバ
は、上述したアブソリュートロータリーエンコーダと比
較して構造がかなり複雑であり、また上述のようにその
構造上、摺動接点部を有しているため、同様に性能の劣
化、基本的な商品寿命等の存在が避けられないという問
題点があった。なお、レゾルバは、摺動接点部のないも
のとしてバリアブル・リラクタンス（ＶＲ）タイプのも
のがあるが、このタイプでも櫛歯状のコアと巻線部の構
造は同様であり、上述のアブソリュートロータリーエン
コーダと比較して構造が複雑であった。

【０００９】このように、従来より、絶対角度検出を行
う角度検出装置のうちアナログ信号を出力するものは、
構造が複雑であったり構造上寿命が短いといった構造上
の問題点を有していた。一方、上述したディジタル信号
を出力するアブソリュートロータリーエンコーダの原理
・構造から、アナログ信号を出力する磁気式の角度検出
装置を簡便に構成することは困難であった。

【００１０】本発明は、このような実情に鑑みて提案さ
れたものであって、簡便な構造によりアナログ信号を出
力する磁気式の角度検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る角度検出装
置は、上記課題を解決するため、高透磁率材料からな
り、複数の軸が中心部から同一平面上に放射状に延設さ
れてなる磁路形成部と、この磁路形成部の各軸に取り付
けられたコイルとを有する磁界検出手段と、磁界検出手
段の各軸と等間隔になるよう近接配置され、磁界検出手
段の各軸の位置する平面に対して平行かつ一方向の磁界
を発生する磁界発生手段とを備え、磁界検出手段と磁界
発生手段とが磁路形成部の中心部を回転中心として相対
回転するように支持される。

【００１２】角度検出装置においては、磁界検出手段と
磁界発生手段とが磁路形成部の中心部を回転中心として
相対回転することにより、磁界発生手段からの一方向の
磁界が回転し、磁路形成部の各軸に取り付けられた各コ
イルのインピーダンスが変化する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき図面を
参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で使用
する上下左右あるいはＸＹ等の方向については、図面を
基準とする。

【００１４】図１は、後述する磁界検出センサ１０の構
成部品となる磁路形成部の構造の一例を示した平面図で
ある。この磁路形成部１は、略十字型の平面形状を有
し、４つのバー１ａ，１ｂ，１ｃ，及び１ｄが中心部１
ｅから同一平面上に放射状に延設された構成となってい
る。

【００１５】中心部１ｅは、円板形状を成すとともに、
その中央に孔部１ｆが形成されている。また、各バー１
ａ〜１ｄは、図１に示すように、バー１ａとバー１ｂ、
及びバー１ｃとバー１ｄとがそれぞれ一直線状となり、
かつ各バー１ａ〜１ｄが相互に９０度の角度をなすよう
に中心部１ｅにより連結されている。以下、説明の便宜
のため、バー１ａとバー１ｂとを総称してバー１Ｘと呼
び、バー１ｃとバー１ｄとを総称してバー１Ｙと呼ぶ。

【００１６】磁路形成部１は、互いに直交する２軸であ
るバー１Ｘ，１Ｙを構成要素とする十字型の開磁路をも
っている。そして、磁路形成部１の寸法は、バー１Ｘ，
１Ｙの端からバー１Ｘ，１Ｙと中心部１ｅとの境界まで
の距離がそれぞれ７ｍｍ、中心部１ｅの円の半径が１．
５ｍｍ（従ってバー１Ｘ，１Ｙの差し渡しがそれぞれ１
７ｍｍ）、バー１Ｘ，１Ｙの幅がそれぞれ０．６ｍｍ、
孔部１ｆの直径が０．８ｍｍ、バー１Ｘ，１Ｙ、及び中
心部１ｅの板厚がそれぞれ０．０５ｍｍになっている。
（なお、寸法はあくまで一例であって、これに限定する
趣旨ではない。以下の各部についても同じである。）磁
路形成部１の材質としては、パーマロイが用いられてい
る。磁路形成部１の加工にあたっては、パーマロイによ
る板材をエッチングにより、上述した形状及び寸法に成
形する。なお、略同形状の非磁性材を磁路形成部１に密
着させることで、機械的強度を補強するようにしてもよ
い。

【００１７】なお、磁路形成部１の材質は、高透磁率磁
性材であればどのようなものでもよい。パーマロイ以外
にも、磁路形成部１の材質として好ましいものには、ア
モルファス金属等が挙げられる。アモルファス金属とし
ては、ＦｅＣｏＳｉＢ組成のものが一般的に多く用いら
れる。

【００１８】磁界検出センサ１０は、図２に示すよう
に、磁路形成部１の各バー１ａ〜１ｄに対してボビン２
とコイルとからなるコイル体３が取り付けられる。ここ
で、コイル体３の取り付けにあたっては、予め別工程
で、樹脂等の絶縁体から成るボビン２（２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄ）にコイルＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２を互いに等
しい巻回数で巻装しておく。その際、コイルＸ１〜Ｙ２
のインダクタンスを大きくするために、コイルＸ１〜Ｙ
２の巻数を多めにする。この実施の形態では、このとき
の巻回数を１２００ターンとすることにより、インダク
タンスが約１０ｍＨと比較的簡単に大きな値が得られた
ことから、高インピーダンス化につながり、装置全体と
しての低消費電力化を可能とした。

【００１９】なお、この巻回数は、消費電力を特に低く
する必要が無い場合には、１２００ターンより少なくて
も良い。この巻回数を減少させた場合の実験を行った結
果、５０ターン程度まで少なくした場合でも十分に機能
することが確認された。

【００２０】磁路形成部１の各バーにコイル体３が取り
付けられた磁界検出センサ１０は、さらに図３に示すよ
うに、基板４に対して取り付けられる。この基板４は、
絶縁材料によって平面略円形状に成形されており、その
一方の主面４Ａの中央に平面円環状の立上がり壁部５が
形成されている。この立上がり壁部５により囲まれた基
板４の主面４Ａには、その中心位置に磁路形成部１の孔
部１ｆと略同径の穴部１１が形成されている。また、立
上がり壁部５には、磁路形成部１の各バーの幅と略同一
幅を有する切欠部６，７，８，９が形成されている。こ
のうち、切欠部６と切欠部８が穴部１１を中心として相
互に対峙しており、また、切欠部７と切欠部９も穴部１
１を中心として相互に対峙している。

【００２１】このような構成を有する基板４は、その切
欠部６，７，８，９に対して磁界検出センサ１０の磁路
形成部１における各バーの端部が嵌めこまれるように取
り付けられる。このとき、図３に示すように、磁路形成
部１の孔部１ｆは、基板４の穴部１１と平面位置が一致
するように位置決めされる。そして、この状態で孔部１
ｆと穴部１１とを図示しない固定ガイドピンが嵌合する
ことによって、磁界検出センサ１０が基板４に対して固
定される。なお、この固定ガイドピンは、磁路形成部１
の中心を示す指標としての機能をも有している。

【００２２】さらに、立上がり壁部５により囲まれた基
板４の主面４Ａには、磁界検出センサ１０の各コイルＸ
１〜Ｙ２からの導線が半田付けで接続される金属のピン
部材１２が８本取り付けられている。各ピン部材１２
は、基板４のもう一方の主面４Ｂまで貫通している。そ
して、基板４のもう一方の主面４Ｂには後述する励磁手
段４２，平滑回路４３等を構成するＩＣ等のチップ部品
（図示せず）が取り付けられており、各ピン部材１２
は、このチップ部品の端子を介して後述するケーブル１
３と接続されることになる。

【００２３】一方、立上がり壁部５の外側の基板４の両
主面には、複数の取り付け孔１４，１４が穿設されてい
る。ここで、図面上はこの取り付け孔１４が２つとなっ
ているが、この取り付け孔１４の数については、３つあ
るいはそれ以上としても良い。

【００２４】なお、説明の便宜のため、上述した磁界検
出センサ１０，固定ガイドピン，ピン部材１２，チップ
部品，ケーブル１３等が取り付けられた基板４を、検出
センサ部２０と呼ぶ。

【００２５】図４は、本発明の角度検出装置３０の要部
断面図である。この角度検出装置３０は、略カップ状の
筐体２１の内部にステーター２２が取り付けられてお
り、この筐体２１とステーター２２とで形成される空間
部に、ローター２３、支柱２６，２６、上述した検出セ
ンサ部２０が配設される。

【００２６】ローター２３は、円盤状の回転子２４とこ
の回転子２４の主面の中心に一体に取り付けられたシャ
フト部２５とからなり、このシャフト部２５が、ステー
ター２２の中央に形成されたローター取付開口部２７に
対して、ボールベアリング２８，２８及びスペーサ２９
を介して回転可能に取り付けられる。具体的には、シャ
フト部２５は、その直径がボールベアリング２８，２８
の内径と略同一となっている。さらに、シャフト部２５
は、その回転子２４に取り付けられる側にボールベアリ
ング２８の内径より大径とされた突当て部２５ａが形成
されている。そして、ローター２３は、シャフト部２５
の突当て部２５ａがボールベアリング２８に突き当てら
れることによって、ステーター２２のローター取付開口
部２７に対して回転可能に取り付けられる。

【００２７】ここで、図５を参照してローター２３の構
造について説明する。ローター２３は、その回転子２４
がプラスティックマグネットにより円盤状に成形されて
いる。この回転子２４は、図５の矢印で示すように、円
盤形状の盤面平面内方向の一方向に磁化されている。こ
のような構成の回転子２４は、上述した磁界検出センサ
１０に対する外部磁界の発生手段としての機能を有して
いる。

【００２８】回転子２４は、その磁界検出センサ１０と
対峙する盤面平面内の回転中心点に、小径のガイド穴３
１が刻設されている。このガイド穴３１は、検出センサ
部２０をステーター２２に対して取り付ける際に、この
検出センサ部２０の位置合わせのために利用される。

【００２９】検出センサ部２０は、図４に示すように、
ステーター２２と一体形成された支柱２６，２６を介し
てローター２３が組み込まれたステーター２２に取り付
けられることにより、ローター２３の回転子２４からの
磁界を検出する手段となす。具体的には、検出センサ部
２０は、基板４の立上がり壁部５をローター２３に対峙
する方向に向け、かつネジ３２，３２を取り付け孔１
４，１４を介して支柱２６，２６の図示しないネジ穴に
ねじ込むことによって、ステーター２２に対して固定さ
れる。

【００３０】このとき、図６（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、検出センサ部２０における磁路形成部１の孔部１
ｆの中心と回転子２４のガイド穴３１とが同軸になるよ
うに位置合わせを行う。具体的には、磁路形成部１の孔
部１ｆと基板４の穴部１１とに嵌合した上述の固定ガイ
ドピンの中心と、回転子２４のガイド穴３１とが同軸に
なるように位置合わせの微調整を行う。また、このと
き、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転子２４の
盤面により作られる平面と磁路形成部１により作られる
平面とが所定の間隔を有して略平行となるように微調整
を行う。これら各微調整により、角度検出装置３０にお
いては、精度の良い出力信号を得ることができる。

【００３１】なお、図４に示すように、検出センサ部２
０における基板４の主面４Ｂ側には、ケーブル１３が上
述のように接続される。このケーブル１３は、筐体２１
の穴部３３に取り付けられたパッキング部材３４を介し
てこの筐体２１の外部に引き出される。

【００３２】ここで、図７を参照して、角度検出装置３
０において磁界を検出する原理について説明する。上述
のように、ローター２３の回転子２４が盤面平面内の一
方向に着磁されたプラスティックマグネットを用いてい
ることから、このプラスティックマグネットが外部に作
る磁界（以下、外部磁界という。）によって、検出セン
サ部２０における磁界検出センサ１０には、一方向の略
一様な磁界が印加される。磁界検出センサ１０に印加さ
れている磁界は、ローター２３の回転に伴って回転す
る。従って、磁界検出センサ１０の各軸からの出力信号
は、外部磁界のその軸方向成分の強さに応じた出力とな
る。具体的には、後述の如く、出力信号は、回転子２４
からの磁界が回転する事で正弦波状に変化することにな
る。

【００３３】次に、図８を参照して、検出センサ部２０
の磁界検出センサ１０がローター２３の回転角度を検出
する方法について説明する。図８は、検出センサ部２０
の回路構成の一例を示す図である。なお、この図では、
磁界検出センサ１０に関しては、動作機能に寄与する磁
路形成部１とその各軸（各バー）に位置するコイルＸ１
〜Ｙ２のみを抽出して示している。

【００３４】図８に示すこの回路においては、抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、コンデ
ンサＣ１、及びＩＣ１からなる高周波発振器４１とトラ
ンスＴとからなる励磁手段４２によって励磁を行うよう
になっている。なお、この高周波発振器４１は、マルチ
バイブレータ回路を応用したものとなっている。

【００３５】また、この回路の出力側には、抵抗Ｒ８，
Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４，
Ｃ５、及びコンデンサＣ６，Ｃ７により構成された平滑
回路４３がダイオードＤ２〜Ｄ５を介して磁界検出セン
サ１０と接続されている。

【００３６】ここで、高周波発振器４１の出力は、励磁
手段４２の検出感度が最良となる周期が約４０μＳ、パ
ルス幅が約２μＳに設定した。又、高周波発振器４１の
ＩＣ１は、ヒステリシスを持ったシュミット・インバー
タを用いることにより、チャタリングを防止している。
この出力は、コイルのインダクタンスが大きいので、後
述のように磁路形成部１の磁界がＨdとなるようトラン
スＴで３倍に昇圧して、この磁路形成部１を励磁してい
る。

【００３７】磁路形成部１に巻装される各コイルは、励
磁電圧が印加されたときに磁界の方向が、Ｘ軸のコイル
Ｘ１，Ｘ２では外向きになり、Ｙ軸のコイルＹ１，Ｙ２
では内向きになるように巻装され、各コイルの一方がト
ランスＴの片側に、他方は各々抵抗Ｒ４〜Ｒ７を介して
トランスＴの他の片側に結線されている。励磁電圧が印
加されたときの磁界の強さは、磁路形成部１に巻装され
る各コイルのインピーダンス変化が急峻となる磁界Ｈd
まで励振される。

【００３８】ここで、外部磁界が加わっていない場合を
考えると、磁路形成部１の形状、各コイルの巻数、励磁
電圧による磁界Ｈdも等しい。従って、磁路形成部１に
おける各軸のコイルのインピーダンスも等しくなるから
抵抗Ｒ４〜Ｒ７の両端に生じる励磁電圧の大きさは皆等
しく、ダイオードＤ２〜Ｄ５を経て各抵抗Ｒ８〜Ｒ１１
及び、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５、及びコンデ
ンサＣ６，Ｃ７による平滑回路４３を経た出力も等しく
なるので、Ｘ軸出力Ｖx及びＹ軸出力Ｖyの出力は零とな
る。なお、この平滑回路４３は、励磁電圧の周期よりも
十分大きな時定数をもたせてある。

【００３９】次に、外部磁界が磁路形成部１に加わった
場合を考えると、Ｘ軸のコイルＸ２の部分では、外部磁
界のＸ成分Ｈxの向きと励磁電圧による磁界Ｈdの向きと
が互いに逆であるから、この部分の磁界強度は下がり、
コイルのインピーダンスが周知のように大きくなり、抵
抗Ｒ６端の励磁電圧も大きくなる。逆にＸ軸のコイルＸ
１では、外部磁界のＸ成分Ｈxの向きと励磁電圧による
磁界Ｈdの向きとが互いに同じとなり、磁界強度は上が
るのでインピーダンスは小さくなり、抵抗Ｒ７端の励磁
電圧も小さくなる。

【００４０】この結果、平滑回路４３を経たＸ軸コイル
Ｘ２側の電圧が上がり、Ｘ軸コイルＸ１側の電圧が下が
るので、Ｘ軸出力Ｖxは、図中矢印で示した方向に現れ
る。なお、外部磁界のＸ成分Ｈxの方向が逆となればＸ
軸出力Ｖxも逆方向となることは説明を要しない。この
ように、Ｘ軸出力Ｖxは、外部磁界のＸ軸成分Ｈxの強さ
に応じた出力が得られることになる。

【００４１】以下、Ｙ軸出力についても、磁路形成部１
のＹ軸コイルＹ１，Ｙ２が、Ｘ軸コイルに対して励磁電
圧による磁界Ｈdの向きが逆で空間配置が９０°異なる
こと以外は同じであるから、同様に外部磁界のＹ軸成分
Ｈyの強さに比例した出力が得られることになる。

【００４２】したがって、上述のように、ローター２３
の回転子２４からの外部磁界によって、磁界検出センサ
１０には、一方向の略一様な磁界が印加される。そし
て、磁界検出センサ１０のＸ軸からの出力信号は、ロー
ター２３の回転に伴う磁界の回転により、正弦波状に変
化することになる。一方、磁界検出センサ１０のＹ軸か
らの出力信号は、Ｘ軸からの出力信号より９０度位相の
ずれた信号となる。

【００４３】図９に、角度検出装置３０におけるロータ
ー２３の回転角度と出力電圧との関係を測定した結果に
ついて示す。この特性図から明らかなように、出力信号
Ｖx，Ｖyとして、互いに位相が９０度ずれた正弦波及び
余弦波のアナログ出力が、少ない誤差で高精度に得られ
ている。また、各出力信号Ｖx，Ｖyの周期は、ローター
２３が一回転すると一周期となることがわかる。

【００４４】このように、角度検出装置３０によれば、
十字型の磁路形成部１の直交する２軸であるバー１Ｘ及
びバー１Ｙにそれぞれ一対のコイルを設けた磁界検出セ
ンサ１０と、励磁手段４２，平滑回路４３等の回路と、
磁界検出センサ１０に一方向の略一様な磁界を印加する
プラスティックマグネットの回転子２４を備えたロータ
ー２３、という簡便な構成を有しながら、ローター２３
の回転に比例した周期を有するアナログの正弦波及び余
弦波による信号を出力することができる。

【００４５】なお、角度検出装置３０によれば、上述の
ようにエッチングの手法を用いて磁路形成部１の加工を
していることから、磁路形成部１の寸法及び形状を正確
に出すことができ、この結果、各出力信号Ｖx，Ｖyにつ
いて、その位相差を調整することなしに正確な出力を得
ることができる。

【００４６】さらに、角度検出装置３０によれば、ロー
ター２３側と検出センサ部２０側とで摺動部分を有しな
いので、摺動部品の摩耗等による寿命を考慮する必要が
ない。

【００４７】さらにまた、角度検出装置３０によれば、
ボビン２にコイルを巻回したコイル体３を磁路形成部１
の各バーに取り付ける構成としたので、コイルの巻回が
し易く、多巻回も容易であり、さらには巻回の作業を別
工程で行うことができるので、組立効率が大幅にアップ
する。

【００４８】また、角度検出装置３０によれば、磁路形
成部１，基板４，及び回転子２４のそれぞれの中心位置
に、孔部１ｆ，穴部１１，及びガイド穴３１を設けたこ
とから、これらを基準としてそれぞれの正確な位置決め
を行うことが可能となり、これにより安価でかつ性能の
良い製品を提供することが可能となる。

【００４９】図１０及び図１１に、ローター２３の変形
例を示す。なお、上述した実施の形態と同一の部分には
同一の符号を付している。図１０は、ローターについて
回転子の形状を矩形の板状とした場合を示している。図
１０に示すこのローター２３Ａでは、この回転子２４Ａ
を長手方向に磁化した棒状の磁石を用いることとしてい
る。

【００５０】また、図１１に示すローター２３Ｂは、全
体略円盤状の回転子２４Ｂに２つの磁石４４，４５を取
り付けたものである。具体的には、ローター２３Ｂは、
回転子２４Ｂの主面外側の、ガイド穴３１を中心とした
対称位置に、一対の切欠部４６，４６が形成されてお
り、この切欠部４６，４６に対して磁石４４，４５が嵌
合されることにより、平面略円形の形状を呈している。
このローター２３Ｂでは、取り付けられた２つの磁石４
４，４５につき、その磁化の方向が互いに同じように、
磁石４４の外側がＮ極になり、磁石４５の内側がＮ極に
なるようにそれぞれ磁化されている。なお、ローター２
３Ｂに取り付けられる磁石の数については、この例に限
定されるものではないことは勿論である。

【００５１】なお、上記ローター２３Ａの回転子２４Ａ
及びローター２３Ｂの磁石４４，４５の材質について
は、上述のプラスティックマグネットの他に、フェライ
トマグネット等の焼結磁石、ＣｕＮｉＦｅ，ＦｅＣｒＣ
ｏ等の合金磁石であっても良い。また、回転子の形状
は、上述の例だけに限定されるものでないことは勿論で
あり、検出センサ部２０の磁界検出センサ１０に対して
略一様の外部磁界を印加するものであればよい。

【００５２】次に、角度検出装置の他の構成例について
図１２及び図１３を参照して説明する。なお、上述した
実施の形態と同一の部分については同一の符号を付し、
その説明を適宜省略する。図１２に示すこの角度検出装
置５０では、回転軸５１の先端側の主面５１Ａに上述し
たプラスティックマグネットによる回転子２４を組み込
んだハウジング５２が取り付けられている。

【００５３】回転軸５１は、例えば回転角度の測定対象
となる図示しない所定の工作機械における回転シャフト
等を用いることができる。

【００５４】ハウジング５２は、具体的には図１３に示
すように、全体略リング状の外形を呈しており、その中
央には回転子２４を取り付けるためこの回転子２４の直
径と同径に形成された円形の取付部５３を有し、その主
面には孔部５４が４箇所に形成されている。そして、角
度検出装置５０においては、このハウジング５２の取付
部５３に対して回転子２４を嵌入し、この状態でハウジ
ング５２を回転軸５１の主面５１Ａに当接し、さらにこ
の状態で各孔部５４にねじ５５によりねじ込むことによ
り、回転軸５１の主面５１Ａに対してハウジング５２及
び回転子２４が取り付けられる。なお、この取り付けに
あたっては、回転軸５１の回転中心と回転子２４のガイ
ド穴３１とが同軸になるよう位置決めを行う。

【００５５】そして、角度検出装置５０では、この回転
子２４に対して、図３に示した磁界検出センサ１０が組
み込まれた基板５６の立上がり壁部５が対峙するように
配設される。なお、この基板５６は、その外形が平面略
正方形状となっているところを除いては上述した基板４
と全く同様の構成であり、一方の主面５６Ａの中央部に
上記立上がり壁部５が形成され、もう一方の主面５６Ｂ
に上述した励磁手段４２，平滑回路４３等を構成するＩ
Ｃ等のチップ部品、ケーブル１３が取り付けられてい
る。

【００５６】基板５６は、例えば図示しない所定の固定
器具等に対して取り付けられ、一方、ハウジング５２及
び回転子２４が配設された回転軸５１は、図示しない軸
受けによって図の矢印ＡＢ方向に回転可能に支持され
る。ここで、回転子２４と基板５６の立上がり壁部５と
は、上述の実施の形態と同様に、磁路形成部１の孔部１
ｆと基板５６の上記穴部（図示せず）とに嵌合した固定
ガイドピンの中心と、回転子２４のガイド穴３１とが同
軸となり、図６（ａ）及び（ｂ）に示したように、回転
子２４の盤面により作られる平面と立上がり壁部５に組
み込まれた磁路形成部１により作られる平面とが所定の
間隔を有して略平行となるように位置決めがなされる。
このように位置決めがなされることにより、角度検出装
置５０においては、精度の良い出力信号が得られる。

【００５７】この実施の形態では、プラスティックマグ
ネットによる回転子２４をハウジング５２を介して回転
軸５１の先端側の主面５１Ａに取り付ける構成とした
が、この回転子２４を回転軸５１の主面５１Ａに直接取
り付ける構成としても良いことは勿論である。

【００５８】この角度検出装置５０によれば、回転角度
の測定対象となる工作機械等の回転軸５１の先端側の主
面５１Ａに回転子２４を取り付けることとしたので、上
述した筐体２１，ステーター２２等の機械部品を省略す
ることができ、更に簡便な構成とすることが可能とな
る。

【００５９】また、角度検出装置５０によれば、磁界検
出センサの磁界に対する検出感度が非常に高いので、回
転子２４をフェライト磁性粉を用いたプラスティックマ
グネットとした場合でも、この回転子２４と磁界検出セ
ンサとに十分な間隔を持たせてそれぞれを配置すること
が可能であることが確認された。また、回転子２４の磁
性材料，寸法，形状を選択することにより、この間隔を
変えることが可能であることが確認された。

【００６０】なお、角度検出装置５０においては、例え
ば回転軸５１の回転角度の範囲が狭い等の場合には、基
板５６側を回転軸５１の主面５１Ａに取り付け、回転子
２４側を固定とする構成としてもよいことは勿論であ
る。

【００６１】次に、磁路形成部１の変形例について図１
４及び図１５を参照して説明する。図１４に示す磁路形
成部１Ａは、６つのバー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１
ｇ，及び１ｈが中心部１ｅから同一平面上に放射状に延
設されている。ここで中心部１ｅは、図１に示す磁路形
成部１と同様に、円板形状を成すとともに、その中央に
孔部１ｆが穿設されている。また、各バー１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄ，１ｇ，及び１ｈは、図１４に示すように、
バー１ａとバー１ｂ、バー１ｃとバー１ｄ、及びバー１
ｇとバー１ｈとがそれぞれ一直線状となり、かつ各バー
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｇ，及び１ｈが相互に６０
度の角度をなすように中心部１ｅにより連結されてい
る。

【００６２】角度検出装置３０あるいは角度検出装置５
０をこの磁路形成部１Ａを用いて構成する場合には、磁
界検出センサを構成するために６個のコイル体３を各バ
ーに取り付けることになるが、動作原理等については上
述した実施の形態と同様であるので、その説明を省略す
る。この磁路形成部１Ａを用いた磁界検出センサによれ
ば、互いに１２０度位相のずれた３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）
のアナログ信号を出力することができる。

【００６３】なお、磁路形成部１，１Ａの各バー間の角
度は、上述した実施の形態のような相互に等角度でない
設定としてもよく、必要に応じて所定角度に変更しても
良い。

【００６４】図１５に示す磁路形成部１Ｂは、上述した
磁路形成部１Ａから１本置きにバー１ａ，１ｈ，１ｄを
省いた構造、すなわち、３つのバー１ｂ，１ｃ，１ｇが
中心部１ｅから同一平面上に放射状に延設されており、
中心点から上記各バーが互いに１２０度の角度で同一平
面上を同じ長さだけ延びた構造となっている。

【００６５】この場合には、３個の上記コイル体３を各
軸に配置し、磁界検出センサを構成するが、その動作に
ついてはこれまでの実施の形態と異なり、一つの方向に
対しては一つのコイルだけが対応することから、差動的
に動作することはなく、一つの方向に対して片側の動作
のみで信号を出力することになる。なお、これ以外の点
については上述した各実施の形態と同様であるので、そ
の説明を省略する。この磁路形成部１Ｂを用いた磁界検
出センサによれば、磁路形成部１Ａを用いた磁界検出セ
ンサと同様に、互いに１２０度位相のずれた３相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ相）のアナログ信号を出力することができる。

【００６６】なお、磁路形成部１Ｂを用いた磁界検出セ
ンサにおいても、この磁路形成部１Ｂのバーの数をさら
に増やすことで、信号の数を増やすことができる。ま
た、磁路形成部１Ｂの各バー相互間の角度も、相互に等
角度でない設定としてもよく、必要に応じて所定角度に
変更しても良いことは勿論である。

【００６７】次に、角度検出装置の他の実施の形態につ
いて、図１６乃至図１８を参照して説明する。図１６
は、当該他の実施の形態である角度検出装置６０の要部
断面図である。この角度検出装置６０は、筐体６１とス
テーター６２とが、各々の端部で組み合わされて結合さ
れており、この筐体６１とステーター６２とで形成され
る空間部に、シャフト取付軸６４と回転子６５とからな
るローター６３、磁界検出センサ７０とセンサ取付部材
７２と回路基板７３等からなる検出センサ部８０が配設
される。

【００６８】筐体６１は、略カップ状の外形を有し、そ
の中央に円形の穴部６１ａが形成されている。

【００６９】ステーター６２は、平面略ドーナツ状を呈
し、その中央に円筒状の立上がり壁部６２ａが形成さ
れ、この立上がり壁部６２ａの内周面がローター６３を
取り付けるためのローター取付開口部６６となってい
る。

【００７０】ローター６３は、図１７に示すように、シ
ャフト取付軸６４と円盤状の回転子６５とからなる。シ
ャフト取付軸６４は、略パイプ状の本体部６４ａの上部
に回転子６５を係止するための略リング状の係止部６４
ｂが設けられ、両者が一体形成されている。ここで、本
体部６４ａの直径は、上述した筐体６１の穴部６１ａの
直径よりも若干小さくなっている。また、図１６に示す
ように、係止部６４ｂの図中下側からは、本体部６４ａ
の直径より若干大とされた突当て部６４ｃが形成され
る。

【００７１】シャフト取付軸６４は、本体部６４ａの長
手方向を貫通するようにシャフト挿入部６４ｄが形成さ
れており、このシャフト挿入部６４ｄに対して図示しな
い工作機械等の回転シャフトが挿入できるようになって
いる。さらに、シャフト取付軸６４は、本体部６４ａの
上部に上記回転シャフトを固定するためのねじ穴である
シャフト取付孔６４ｅが形成されている。これにより、
シャフト取付軸６４は、工作機械等の回転シャフトとの
カップリングを必要としない構造となっている。

【００７２】回転子６５は、図１７の矢印で示すよう
に、一方向に磁化されたプラスティックマグネットによ
り円盤状に成形されており、その中心に円形の穴部６５
ａが設けられている。この穴部６５ａの直径は、シャフ
ト取付軸６４の突当て部６４ｃの直径と略等しくなって
いる。そして、シャフト取付軸６４の本体部６４ａに対
して回転子６５の穴部６５ａを図中下側から挿入するこ
とにより、穴部６５ａが突当て部６４ｃに嵌入して回転
子６５がシャフト取付軸６４に対して固定され、ロータ
ー６３が組み上がる。

【００７３】検出センサ部８０は、図１８に示すよう
に、磁路形成部７１の各バーにコイル体３が取り付けら
れることにより磁界検出センサ７０が構成され、この磁
界検出センサ７０がセンサ取付部材７２の図中上側に組
み込まれ、さらに回路基板７３がセンサ取付部材７２の
図中下側から取り付けられることによって形成される。

【００７４】この磁界検出センサ７０の磁路形成部７１
は、図１に示した磁路形成部１と同様に、略十字型の平
面形状を有し、４つのバーが円板状の中心部７４から同
一平面上に放射状に延設された構成となっているが、こ
の中心部７４及び中心部７４の内側に形成された孔部７
５が大径となっている点が磁路形成部１と異なる。

【００７５】センサ取付部材７２は、磁路形成部７１と
同様に、略十字型の平面形状を有し、取付穴部７７が形
成された筒状のベース部７６の側面から４つのセンサ取
付片７８が直交する四方方向に突出形成した構造となっ
ている。ここで、取付穴部７７の直径は、磁路形成部７
１の孔部７５の直径と等しくなっている。また、各セン
サ取付片７８は、略矩形の平面形状を有し、ベース部７
６と接続される基端側に立上がり突起部７９が形成さ
れ、この立上がり突起部７９の上端中央に切欠部８１が
形成されている。さらに、各センサ取付片７８には、そ
の先端側に突起部８２が形成されている。この突起部８
２は、センサ取付片７８の先端側から上下方向に突出形
成しており、その上端中央に切欠部８３が形成され、そ
の下端位置がベース部７６の下端位置と等しくなってい
る。

【００７６】このような構成とされたセンサ取付部材７
２と磁界検出センサ７０は、図１８に示すように、磁路
形成部７１の各バーの基端側が各立上がり突起部７９の
各切欠部８１に嵌入され、各バーの先端側が突起部８２
の切欠部８３に嵌入されることによって、磁界検出セン
サ７０がセンサ取付部材７２に取り付けられる。

【００７７】回路基板７３は、平面略ドーナツ状を呈し
た板状となっており、その中央に円形の穴部８４が形成
されている。回路基板７３においては、この穴部８４の
直径が上述したセンサ取付部材７２におけるベース部７
６の直径と略等しくなっている。回路基板７３の両主面
には、図８に示した励磁手段４２、平滑回路４３等を構
成するＩＣ等のチップ部品やケーブル１３等が取り付け
られる。

【００７８】この回路基板７３は、穴部８４をセンサ取
付部材７２のベース部７６に図１８の下側から嵌入する
ことによって、その一方の主面と各センサ取付片７８の
下側の主面とが接合する状態となり、この接合部分を例
えば接着剤で接着することにより、センサ取付部材７２
に対して取り付けられる。

【００７９】このようにして完成した検出センサ部８０
は、センサ取付部材７２におけるベース部７６の取付穴
部７７をステーター６２の立上がり壁部６２ａに嵌入す
ることによって、図１６に示すように、ステーター６２
上に取り付けられる。

【００８０】一方、ローター６３は、図１６に示すよう
に、シャフト取付軸６４がステーター６２のローター取
付開口部６６に対してボールベアリング６７，６７及び
スペーサ６８を介して回転可能に取り付けられる。この
とき、ローター６３は、シャフト取付軸６４の突当て部
６４ｃがボールベアリング６７に突き当てられる位置で
固定されることにより、回転子６５により形成される平
面と磁路形成部７１により形成される平面とが平行かつ
一定距離を保つようになされる。

【００８１】そして、この状態で筐体６１の端部をステ
ーター６２の端部に対して結合させることにより、筐体
６１の穴部６１ａからシャフト取付軸６４の本体部６４
ａの一部が露出する。なお、ケーブル１３については、
筐体６１の側面部に図示しない穴部を設けて、この穴部
からパッキング部材３４を介して外部に引き出すように
する。

【００８２】このような構成を有する角度検出装置６０
によれば、ローター６３が回転することにより、上述し
た角度検出装置３０と同様の効果が得られる。また、こ
の角度検出装置６０によれば、工作機械等の回転シャフ
ト等について、カップリングを必要とせず直接シャフト
取付軸６４に取り付けることを可能とし、簡便な構造に
より、回転シャフト等の回転角度に応じたアナログ信号
を出力することが可能となる。

【００８３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の角
度検出装置においては、磁界検出手段と磁界発生手段と
が磁路形成部の中心部を回転中心として相対回転するこ
とにより、磁界発生手段からの一方向の磁界が回転し、
磁路形成部の各軸に取り付けられた各コイルのインピー
ダンスが変化するので、各コイルに励磁電圧を印加する
ことにより、当該インピーダンスの変化に対応した多相
のアナログ出力信号が得られる。

【００８４】従って、本発明によれば、簡便な構造を有
しながら、アナログ信号を出力する磁気式の角度検出装
置を提供することが可能となる。また、本発明の角度検
出装置によれば、磁界検出手段と磁界発生手段との間に
摺動部分を有していないことから、摺動部品の摩耗等に
よる性能の劣化等の虞がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁界検出センサの構成部品となる磁路形成部の
構造の一例を示す平面図である。

【図２】磁界検出センサの構成を示す平面図である。

【図３】磁界検出センサが基板に対して取り付けられた
状態を示す斜視図である。

【図４】本発明の角度検出装置の要部断面図である。

【図５】角度検出装置のローターの構成を説明するため
の斜視図である。

【図６】上記ローターと磁路形成部との位置関係を示す
図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が正面図である。

【図７】角度検出装置において磁界を検出する原理につ
いて説明する図である。

【図８】角度検出装置における回路構成の一例を示す図
である。

【図９】角度検出装置における回転角度と出力電圧との
関係を示す特性図である。

【図１０】角度検出装置のローターの他の構成例につい
て示す斜視図である。

【図１１】角度検出装置のローターの他の構成例につい
て示す斜視図である。

【図１２】角度検出装置の他の構成例について示した図
である。

【図１３】ハウジング及び回転子の構成を示した斜視図
である。

【図１４】磁路形成部の構造の他の一例を示す平面図で
ある。

【図１５】磁路形成部の構造の他の一例を示す平面図で
ある。

【図１６】角度検出装置の他の実施の形態について示す
断面図である。

【図１７】ローターの構成を示す斜視図である。

【図１８】検出センサ部の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，７１ 磁路形成部、１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ，１ｇ，１ｈバー、２（２ａ〜２ｄ） ボビ
ン、３ コイル体、４，５６ 基板、５ 立上がり壁
部、１０，７０ 磁界検出センサ、２０，８０ 検出セ
ンサ部、３０，５０，６０ 角度検出装置、２１，６１
筐体、２２，６２ ステーター、２３，６３ ロータ
ー、２４，２４Ａ，２４Ｂ，６５ 回転子、２５ シャ
フト部、３１ガイド穴、４１ 高周波発振器、４２ 励
磁手段、４３ 平滑回路、６４ シャフト取付軸、Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２ コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 謙一 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 根門 康夫 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 土谷 秀樹 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高透磁率材料からなり、複数の軸が中心
   部から同一平面上に放射状に延設されてなる磁路形成部
   と、この磁路形成部の各軸に取り付けられたコイルとを
   有する磁界検出手段と、 上記磁界検出手段の各軸と等間隔になるよう近接配置さ
   れ、上記磁界検出手段の各軸の位置する平面に対して平
   行かつ一方向の磁界を発生する磁界発生手段とを備え、 上記磁界検出手段と上記磁界発生手段とが上記磁路形成
   部の中心部を回転中心として相対回転するように支持さ
   れたことを特徴とする角度検出装置。